開(kāi)關(guān)電源，高效率的時(shí)代
建設智能電網(wǎng)已上升至我國國家戰略層面。目前，我國智能電網(wǎng)已進(jìn)入全面建設階段，國家電網(wǎng)公司提出，到2020年將全面建成堅強智能電網(wǎng)。智能電網(wǎng)具有信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化的特征。
隨著(zhù)經(jīng)濟不斷發(fā)展計算機廣泛應用，一些重要場(chǎng)所：如金融、信息、通訊、公共設備控制，對電源可靠性、穩定性要求高，超大規模集成電路制造等產(chǎn)業(yè)對電源也有相當高要求。
電子設備特別是計算機的不斷小型化，要求供電電源的體積隨之小型化，因而開(kāi)關(guān)電源開(kāi)始替代以笨重的工頻變壓器為特征的線(xiàn)性穩壓電源，同時(shí)電源效率得到明顯提高。電源體積的減小意味著(zhù)散熱能力的變差，因而要求電源的功耗變小，即在輸出功率不變的前提下，效率必須提高。
相同體積的電源的功率耗散基本相同，因此，欲得到更大的輸出功率，必須提高效率，同時(shí)，高的電源效率可以有效地減小功率半導體器件的應力，有利于提高其可靠性。
開(kāi)關(guān)電源的損耗主要為：無(wú)源元件損耗和有源元件損耗
開(kāi)關(guān)損耗一直困惑著(zhù)開(kāi)關(guān)電源設計者，由于功率半導體器件在開(kāi)關(guān)過(guò)程中，器件上同時(shí)存在電流、電壓，因而不可避免地存在開(kāi)關(guān)損耗，如果開(kāi)關(guān)電源中開(kāi)關(guān)管和輸出整流二極管能實(shí)現零電壓開(kāi)關(guān)或零電流開(kāi)關(guān)，則其效率可以明顯提高。
開(kāi)關(guān)過(guò)程引起的開(kāi)關(guān)損耗大致會(huì )占總輸入功率的5%～10%，大幅度降低或消除這一損耗可使開(kāi)關(guān)電源的效率提高5%～10%。最有效的方法是軟開(kāi)關(guān)技術(shù)或零電壓開(kāi)關(guān)或零電流開(kāi)關(guān)技術(shù)。
在眾多軟開(kāi)關(guān)的方案中，比較實(shí)用的有大功率的全橋變換器，通常采用移相零電壓開(kāi)關(guān)的控制方式，這種控制方式要求在初級側需附加一續流電感以確保開(kāi)關(guān)管在零電壓狀態(tài)下導通，由于較大的有效值電流流過(guò)，這個(gè)附加電感將發(fā)熱(盡管比RC緩沖電路小得多)，因而在低壓功率變換中并不采用。
無(wú)源無(wú)損耗緩沖電路的特點(diǎn)是不破壞常規PWM控制方式，設計/調試簡(jiǎn)單。盡管如此，無(wú)源無(wú)損耗緩沖電路和準諧振/零電壓開(kāi)關(guān)工作方式也存在一些缺點(diǎn)，如僅能實(shí)現關(guān)斷軟開(kāi)關(guān)以及在反激式變換器中不太適于大負載范圍變化。軟開(kāi)關(guān)中有源箝位是提高單管正/反激變換器效率的有效方法，最初的專(zhuān)利限制現在已失效，可以普遍應用。
國內的很多開(kāi)關(guān)電源在設計上對結構設計的關(guān)注相對不夠，有時(shí)會(huì )出現電源內的各部分溫升不均，有的地方過(guò)熱，有的地方幾乎沒(méi)有溫升，甚至PCB上產(chǎn)生較大的損耗。一個(gè)好的開(kāi)關(guān)電源應該是產(chǎn)生熱的元件均勻分布在PCB上，而且發(fā)熱元件的溫升基本一致，PCB應有盡可能小的損耗，這在模塊電源和塑料外殼的Adapter的設計中尤為重要。
在開(kāi)關(guān)電源的各種損耗中，電磁干擾所產(chǎn)生的損耗，在電源效率高到一定水平后將不容忽視。一方面電磁干擾本身消耗能量，特別是電源效率的提高往往需要軟開(kāi)關(guān)技術(shù)或零電壓開(kāi)關(guān)或零電流開(kāi)關(guān)技術(shù)(無(wú)論是專(zhuān)門(mén)設置還是電路本身固有)，應用這些技術(shù)減緩了開(kāi)關(guān)過(guò)程的電壓、電流的變化速率或消除了開(kāi)關(guān)過(guò)程，電磁干擾變得很小，不需要像常規開(kāi)關(guān)電源電路中需要專(zhuān)門(mén)設置抑制電磁干擾的電路(這個(gè)電路是存在損耗的)。
仔細分析，高效率功率變換看起來(lái)是很簡(jiǎn)單的，甚至有些電路拓撲在20多年前就有介紹(如兩級變換拓撲結構，早在UNITRODE82/83年數據手冊的ApplicationNote的AN19中就有介紹、TEK2235示波器中也采用了這種功率變換拓撲結構)，但受當時(shí)的技術(shù)水平，特別是人們認識的限制(總是認為兩級變換的效率比單級低，而事實(shí)上兩級變換可以實(shí)現事實(shí)上的固有的零電壓開(kāi)關(guān)，單級變換則需要特殊的附加電路和控制方式)而并沒(méi)有得到承認和應用。器件的性能和人們認識的提高已經(jīng)使兩級變換作為高效率功率變換的主要方式之一。
隨著(zhù)經(jīng)濟不斷發(fā)展計算機廣泛應用，一些重要場(chǎng)所：如金融、信息、通訊、公共設備控制，對電源可靠性、穩定性要求高，超大規模集成電路制造等產(chǎn)業(yè)對電源也有相當高要求。
電子設備特別是計算機的不斷小型化，要求供電電源的體積隨之小型化，因而開(kāi)關(guān)電源開(kāi)始替代以笨重的工頻變壓器為特征的線(xiàn)性穩壓電源，同時(shí)電源效率得到明顯提高。電源體積的減小意味著(zhù)散熱能力的變差，因而要求電源的功耗變小，即在輸出功率不變的前提下，效率必須提高。
相同體積的電源的功率耗散基本相同，因此，欲得到更大的輸出功率，必須提高效率，同時(shí)，高的電源效率可以有效地減小功率半導體器件的應力，有利于提高其可靠性。
開(kāi)關(guān)電源的損耗主要為：無(wú)源元件損耗和有源元件損耗
開(kāi)關(guān)損耗一直困惑著(zhù)開(kāi)關(guān)電源設計者，由于功率半導體器件在開(kāi)關(guān)過(guò)程中，器件上同時(shí)存在電流、電壓，因而不可避免地存在開(kāi)關(guān)損耗，如果開(kāi)關(guān)電源中開(kāi)關(guān)管和輸出整流二極管能實(shí)現零電壓開(kāi)關(guān)或零電流開(kāi)關(guān)，則其效率可以明顯提高。
開(kāi)關(guān)過(guò)程引起的開(kāi)關(guān)損耗大致會(huì )占總輸入功率的5%～10%，大幅度降低或消除這一損耗可使開(kāi)關(guān)電源的效率提高5%～10%。最有效的方法是軟開(kāi)關(guān)技術(shù)或零電壓開(kāi)關(guān)或零電流開(kāi)關(guān)技術(shù)。
在眾多軟開(kāi)關(guān)的方案中，比較實(shí)用的有大功率的全橋變換器，通常采用移相零電壓開(kāi)關(guān)的控制方式，這種控制方式要求在初級側需附加一續流電感以確保開(kāi)關(guān)管在零電壓狀態(tài)下導通，由于較大的有效值電流流過(guò)，這個(gè)附加電感將發(fā)熱(盡管比RC緩沖電路小得多)，因而在低壓功率變換中并不采用。
無(wú)源無(wú)損耗緩沖電路的特點(diǎn)是不破壞常規PWM控制方式，設計/調試簡(jiǎn)單。盡管如此，無(wú)源無(wú)損耗緩沖電路和準諧振/零電壓開(kāi)關(guān)工作方式也存在一些缺點(diǎn)，如僅能實(shí)現關(guān)斷軟開(kāi)關(guān)以及在反激式變換器中不太適于大負載范圍變化。軟開(kāi)關(guān)中有源箝位是提高單管正/反激變換器效率的有效方法，最初的專(zhuān)利限制現在已失效，可以普遍應用。
國內的很多開(kāi)關(guān)電源在設計上對結構設計的關(guān)注相對不夠，有時(shí)會(huì )出現電源內的各部分溫升不均，有的地方過(guò)熱，有的地方幾乎沒(méi)有溫升，甚至PCB上產(chǎn)生較大的損耗。一個(gè)好的開(kāi)關(guān)電源應該是產(chǎn)生熱的元件均勻分布在PCB上，而且發(fā)熱元件的溫升基本一致，PCB應有盡可能小的損耗，這在模塊電源和塑料外殼的Adapter的設計中尤為重要。
在開(kāi)關(guān)電源的各種損耗中，電磁干擾所產(chǎn)生的損耗，在電源效率高到一定水平后將不容忽視。一方面電磁干擾本身消耗能量，特別是電源效率的提高往往需要軟開(kāi)關(guān)技術(shù)或零電壓開(kāi)關(guān)或零電流開(kāi)關(guān)技術(shù)(無(wú)論是專(zhuān)門(mén)設置還是電路本身固有)，應用這些技術(shù)減緩了開(kāi)關(guān)過(guò)程的電壓、電流的變化速率或消除了開(kāi)關(guān)過(guò)程，電磁干擾變得很小，不需要像常規開(kāi)關(guān)電源電路中需要專(zhuān)門(mén)設置抑制電磁干擾的電路(這個(gè)電路是存在損耗的)。
仔細分析，高效率功率變換看起來(lái)是很簡(jiǎn)單的，甚至有些電路拓撲在20多年前就有介紹(如兩級變換拓撲結構，早在UNITRODE82/83年數據手冊的ApplicationNote的AN19中就有介紹、TEK2235示波器中也采用了這種功率變換拓撲結構)，但受當時(shí)的技術(shù)水平，特別是人們認識的限制(總是認為兩級變換的效率比單級低，而事實(shí)上兩級變換可以實(shí)現事實(shí)上的固有的零電壓開(kāi)關(guān)，單級變換則需要特殊的附加電路和控制方式)而并沒(méi)有得到承認和應用。器件的性能和人們認識的提高已經(jīng)使兩級變換作為高效率功率變換的主要方式之一。
| 【上一個(gè)】 我國開(kāi)關(guān)電源行業(yè)的兩極化 | 【下一個(gè)】 電力電抗行業(yè)的節能潛力 |